(57)【要約】【課題】簡易且つ安価な構造でもって効率的に発電を行える運動機器を提供すること。【解決手段】人力等による正逆回転運動又は往復運動を受けて正逆回転駆動される回転駆動部と、該回転駆動部と連結する回転負荷発生部とを有する運動機器において、人力等による運動を受けて正逆回転する太陽歯車と、該太陽歯車に噛み合う遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を共通にし揺動自在に前記遊星歯車を支持する支持部材と、前記太陽歯車が正回転すると前記遊星歯車を介して被駆動軸を第１方向に回転させる第１駆動伝達系と、前記太陽歯車が逆回転すると前記遊星歯車を介して前記被駆動軸を第１方向に回転させる第２駆動伝達系と、前記被駆動軸の回転によって発電する発電機とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の行為によって入力される力による正逆回転運動又は往復運動を受けて正逆回転駆動される回転駆動部と、該回転駆動部と連結する回転負荷発生部とを有する運動機器において、前記力による運動を受けて正逆回転する太陽歯車と、該太陽歯車に噛み合う遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を共通にし揺動自在に前記遊星歯車を支持する支持部材と、前記太陽歯車が正回転すると前記遊星歯車を介して被駆動軸を第１方向に回転させる第１駆動伝達系と、前記太陽歯車が逆回転すると前記遊星歯車を介して前記被駆動軸を第１方向に回転させる第２駆動伝達系と、前記被駆動軸の回転によって発電する発電機とを備えることを特徴とする運動機器。
【請求項２】
前記発電機によって発電した電力を蓄積する蓄電装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の運動機器。
【請求項３】
前記太陽歯車が正回転又は逆回転した際に前記遊星歯車が前記第１駆動系及び第２駆動系と噛み合わない位置となるように前記遊星歯車の公転を阻止する阻止手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の運動機器。
【請求項４】
前記遊星歯車に回転負荷を与える遊星歯車回転負荷付与手段を備えることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の運動機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷が付与された操作部を回転させたり、往復させたりして使用される健康器具やトレーニング装置等の運動機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、運動不足解消やダイエット、トレーニング等を目的として、操作部を回転させたり、往復させたりして運動する運動機器が多く使用されるようになった。例えば自転車こぎタイプの場合、利用者がサドルに座りハンドルを持ってペダルを繰り返し漕ぐことにより、利用者の運動エネルギーが回転駆動部を介して回転負荷手段に伝達され、エネルギーを消費させる方式が提供されている。この場合の回転負荷としては、風車を回すことで風損を発生させる方式、永久磁石の吸引力を利用する方式等種々の方式があり、最近では発電機を備え、そこで発生する電力を制御する方式が開発されている。（例えば特許文献１また、発電機により発電した電力を充電装置に蓄えて、家電製品等の電源として有効利用する方式も提案されているが、発電効率やコスト、品質の問題で普及するには至っていない。
【特許文献１】特許平１１−１８８１１９号公報
【特許文献２】特願平８−５７０８１号公報
【特許文献３】特開平８−１３０８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
自転車こぎタイプの場合、正回転（自転車が前進する方向）の場合のみ負荷が生じ、逆回転させるとワンウェイクラッチ等で無負荷状態となり、逆回転運動による健康やトレーニングの効果が得られない。又は、逆回転時に回転負荷発生部を含めた回転系全体が逆回転する場合、比較的高価な部材を有する回転負荷発生部が繰り返し正逆回転することにより高額部品の寿命を縮めるという問題がある。さらに、発電機及び充電装置（蓄電装置）を備え、人力による運動で発電した電力を充電装置に充電して家電製品等に有効利用する技術においては、発電機の回転軸が正逆回転するのに対応して電気的極性も変化するため、発電−充電系の電気回路が複雑になってしまう。足踏みタイプの場合も、左右の足踏みによる往復運動を回転運動に変換すると正逆回転となり、自転車こぎタイプの場合と同様の問題が生じる。この課題に対し、梃子クランク機構等により回転負荷発生部を一方向回転にする技術が提案されているが、機構が複雑で運動器具が大型となることや、自転車こぎタイプには適さないこと等の課題は残る。
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、簡易且つ安価な構造でもって効率的に発電を行える運動機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の運動機器は、人の行為によって入力される力による正逆回転運動又は往復運動を受けて正逆回転駆動される回転駆動部と、該回転駆動部と連結する回転負荷発生部とを有する運動機器において、前記力による運動を受けて正逆回転する太陽歯車と、該太陽歯車に噛み合う遊星歯車と、前記太陽歯車と回転中心を共通にし揺動自在に前記遊星歯車を支持する支持部材と、前記太陽歯車が正回転すると前記遊星歯車を介して被駆動軸を第１方向に回転させる第１駆動伝達系と、前記太陽歯車が逆回転すると前記遊星歯車を介して前記被駆動軸を第１方向に回転させる第２駆動伝達系と、前記被駆動軸の回転によって発電する発電機とを備えることを特徴とする。ここで「人の行為によって入力される力」とは、運動機器の目的に合致した人の運動によって入力される力をいうが、人の積極的行為（作為）の場合に生ずる力と消極的行為（不作為）の場合に生ずる力の双方を含む概念である。すなわち、自転車こぎタイプのものではペダルを正回転又は逆回転させるという積極的行為の場合に生ずる力を意味し、ハイプーリーのようにハンドルを重りの負荷に抗して引き下げ、且つ力を緩めると重りの重力によってハンドルが初期位置に復帰するようなタイプのものでは、ハンドルを引き下げるという積極的行為（作為）の場合に生ずる力と、力を緩める（或いは力を入れない）という消極的行為（不作為）の場合に生ずる力（重力）とを意味する。
【０００５】
請求項２に記載の運動機器は、請求項１に記載の運動機器において、前記発電機によって発電した電力を蓄積する蓄電装置を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の運動機器は、請求項１又は２に記載の運動機器において、前記太陽歯車が正回転又は逆回転した際に前記遊星歯車が前記第１駆動系及び第２駆動系と噛み合わない位置となるように前記遊星歯車の公転を阻止する阻止手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の運動機器は、請求項１から３いずれか一に記載の運動機器において、前記遊星歯車に回転負荷を与える遊星歯車回転負荷付与手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、人の行為によって入力される力正逆回転運動又は往復運動に対し、回転駆動部に太陽歯車の周りを揺動（公転）する遊星歯車を具備することにより簡単な構成で回転系の主要部分を一方向回転にすることができるため、構造がシンプルでコンパクトであり且つ低コスト・高耐久の運動器具の提供が実現される。さらに自転車こぎタイプの運動器具においては、従来困難であった逆回転（自転車が後退する方向）の場合も正回転と同等の運動効果が得られ、新しいタイプの運動器具の提供が実現する。また、発電機と蓄電装置を具備し発電機で発電した電力を有効利用する方式においても、人の行為によによる運動エネルギーがシンプルな構造で効率よく電力に変換できる画期的な運動器具の提供が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（運動機器の外観）
図１は本発明の運動機器の一例を示す概略構成図である。符号１で指示する運動機器は自転車こぎタイプのもので一般にバイクと呼ばれている。この運動機器１は床上に固定して使用される。この運動機器１は床に固定される基台２を備えている。基台２にはその左右の側面にペダル３がクランク４を介して取り付けられている。また、基台２にはその前部にハンドルポスト５が立設され、このハンドルポスト５にはハンドル６が取り付けられている。さらに、基台２にはその後部にシートポスト７が立設され、このシートポスト７にはサドル８が取り付けられている。
【００１０】
（基台内部）
基台２の内部には回転駆動部１０、発電機１１及び充電器１２が設けられている。
【００１１】
（回転駆動部）
図２から図４に示すように、回転駆動部１０は太陽歯車１３、遊星歯車１４、第１駆動伝達系１５、第２駆動伝達系１６及び歯車１７を含んで構成されている。太陽歯車１３はクランク軸１８に付設されている。そして、ペダル３を踏み込んだ際に太陽歯車１３も回転するようになっている。遊星歯車１４はクランク軸１８を中心に揺動する支持部材１９に付設されている。この遊星歯車１４は太陽歯車１３に噛合し該太陽歯車１３の回りを公転自在となっている。第１駆動伝達系１５は１つの歯車１５ａによって構成され、第２駆動伝達系１６は互いに噛合する２つの歯車１６ａ、１６ｂによって構成されている。歯車１５ａ、１６ａは遊星歯車１４に噛合可能となっている。そして、歯車１５ａ、１６ａは遊星歯車１４の公転方向によって遊星歯車１４に選択的に噛合するようになっている。歯車１７は発電機１１の被駆動軸２２に付設され、歯車１５ａ、１６ｂに噛合している。
【００１２】
なお、太陽歯車１３が回転した際に、その太陽歯車１３の回転方向にかかわらず遊星歯車１４が円滑に公転するように遊星歯車１４の自重の影響を除去すべく、支持部材１９には、太陽歯車１３を隔てて反対側に遊星歯車１４とほぼ同じ重量のバランス重り２０が設けてある。
【００１３】
また、基台２には阻止部材２１が設けられている。この阻止部材２１はシリンダ２１ａとそのシリンダ２１ａ内で往復動作する係止部材２１ｂとから構成され、シリンダ２１ａ内後部には係止部材２１ｂを支持部材１９側に向けて付勢するバネ２１ｃが挿入されている。この阻止部材２１は全体として支持部材１９に離接する方向に動作自在に構成され、手動方式や電磁クラッチ方式によって動作するようになっている。そして、この阻止部材２１は、係止部材２１ｂが支持部材１９の段部１９ａに係合した場合に、支持部材１９の一方向への回転を阻止するようになっている。この例ではクランク４が正回転の場合には支持部材１９を阻止できないようになっているが、もちろん、支持部材１９の形状次第でクランク４が正回転時のみ遮断したり、クランク４が正逆回転時に遮断も可能である。
【００１４】
また、図５に示すように、遊星歯車１４付近には、回転負荷付与手段としてバネ２３を設けている。回転負荷付与手段としては、他に、粘性グリスを塗布する方式や、永久磁石の磁力を利用する方式等が挙げられる。いずれにしても、耐久性を考慮し、負荷量は遊星歯車１４が公転するために必要最小限とすることが条件となる。
【００１５】
（発電機・充電器）
発電機１１としては、この実施形態では直流発電機が設けられている。この発電機１１は、上記被駆動軸２２に設けられた回転子（図示せず）が回転することによって発電するように構成されている。
また、充電器１２は発電機１１によって発生した電気を蓄積するように構成されている。
そして、この充電器１２によって蓄積された電気を運動機器１から外部に取り出せるようにしておくことが好ましい。
【００１６】
（オプション）
実施形態の運動機器１にはオプションとして、ソーラーパネル、風力発電機及び握力・腕力（手動）発電ユニットが装備され、各々は内蔵の充電器１２に対して着脱が可能となっている。また、回転負荷付与手段のオプションとして、レナード（滝壺効果：通常駆動対象がモータとファンのみであり、本発明の運動器具における回転駆動部との連結により、人力の運動を動力源としてマイナスイオン発生が可能となる）方式のマイナスイオン発生器の装着も可能な構成になっている。
【００１７】
（動作・使用方法）
ハンドル６に手を掛け、サドルに着座する。そして、ハンドル６を握り、ペダル３を正規の方向に踏み込む。すると、図２に示すように太陽歯車１３が時計方向に回転する。そして、太陽歯車１３に噛合している遊星歯車１４が自転しながら時計方向に公転する。これによって遊星歯車１４は歯車１５ａに噛合し、遊星歯車１４の回転動力が歯車１５ａに伝達され、さらに歯車１５ａの回転によって、その歯車１５ａに噛合する歯車１７が回転し、発電機１１の回転子が回転することで発電がなされる。そして、発電機１１によって生じた電気は充電器１２に蓄積される。
【００１８】
一方、ペダル４を反対方向に漕ぐと、図３に示すように太陽歯車１３が反時計方向に回転する。そして、太陽歯車１３に噛合している遊星歯車１４が自転しながら反時計方向に公転する。これによって遊星歯車１４は歯車１６ａに噛合し、遊星歯車１４の回転動力が歯車１６ａ、１６ｂに伝達され、さらに歯車１６ｂの回転によって、その歯車１６ｂに噛合する歯車１７が回転し、発電機１１の回転子が回転することで発電がなされる。そして、発電機１１によって生じた電気は充電器１２に蓄積される。以上のようにペダル４を反対方向に漕ぐ場合にも負荷が作用するようにすれば、ペダル３を正規の方向に踏み込む場合とは異なる筋肉部分を鍛えることも可能となる。
【００１９】
（本発明の変形）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることはいうまでもない。
【００２０】
また、上記実施形態では、全て歯車の伝達系になっているが、第１及び第２駆動伝達系についてはプーリとベルト、ロープ、チェーン等他の駆動伝達手段でもかまわない。また、太陽歯車を正逆回転させるための手段も回転運動を回転運動に変換できるもの、或いは往復運動を回転運動に変換できるものであればその種類は問わない。
【００２１】
さらに、上記実施形態では、発電機として直流式のものを用いたが交流式のものであってもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、自転車こぎのように回転運動タイプについて説明しているが、往復運動タイプについても同様の構成が実現できる。往復運動タイプの場合（例えばステアマスター、ボディトレック、レッグプレス、ショルダープレス、ハイプーリーその他）には、例えばラック・ピニオン機構等の往復運動を回転運動に変換する既存の歯車機構を用いることで往復運動を太陽歯車の回転運動に容易に変えることができる。この場合には、操作部の往路と復路とでラックひいてはピニオンが逆方向に動作することになるが、上述のように、太陽歯車の回りで公転する遊星歯車の回転方向を変更することで被駆動軸を同じ方向に回転させることができる。
【００２３】
図６には往復運動タイプの一例の運動機器の主要部が示されている。なお、同図の運動機器５０において上記運動機器１と同一構成部分については同一符号を付してある。したがって、運動機器５０のうち上記運動機器１と異なる部分だけを説明する。同図において符号５２，５２で指示するものは、左右の操作部（ペダル）に連結されるラック（歯車）である。このラック５２，５２は図上で上下方向で往復動作自在に設けられている。このラック５２，５２は左右のペダルの踏み込みによって上下動する。この場合のラック５２，５２の動作は互いに逆方向である。すなわち、左右のペダルはその一つのペダルを踏み込んだ時（下降した時）に他のペダルが上昇するようになっており、それに追従して、ラック５２，５２が上下動する。このラック５２，５２は、太陽歯車１３と同軸に或いは一定的に設けられた一のピニオン（歯車）５３に噛合している。そして、ラック５２，５２の上下動の向きに応じて太陽歯車１３が正逆回転駆動されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の運動機器の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１の運動機器のクランクの正回転時における回転駆動部の状態を示す図である。
【図３】図１の運動機器のクランクの逆回転時における回転駆動部の状態を示す図である。
【図４】図１の運動機器の阻止部材の働きを示すための図である。
【図５】図１の運動機器の太陽歯車、遊星歯車及び支持部材等を側面から見た場合の図である。
【図６】本発明の運動機器の他例の主要部の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  運動機器
２  基台
３  ペダル
４  クランク
１３  太陽歯車
１４  遊星歯車
１５  第１駆動伝達系
１６  第２駆動伝達系
１７  被駆動軸
１９  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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